Luz

Una definicin inicialTodos los objetos emiten y absorben radiacin EM. Considere un atizador que se pone en el fuego.Conforme se calienta, las ondas EM emitidas tienen mayor energa y eventualmente se vuelven visibles. Primero rojo... luego blanco.La luz se puede definir como la radiacin electromagntica que es capaz de afectar el sentido de la vista.

Ondas electromagnticasPropiedades de onda:Las ondas viajan a la rapidez de la luz c.Campos elctrico y magntico perpendiculares.No requieren medio de propagacin.Para una revisin completa de las propiedades electromagnticas, debe estudiar el mdulo 32C.3 x 108 m/s

Longitudes de onda de la luzEl espectro electromagntico est disperso sobre un enorme rango de frecuencias o longitudes de onda. La longitud de onda l se relaciona con la frecuencia f:c = fl c = 3 x 108 m/sLas ondas EM visibles (luz) tienen longitudes de onda que varan de 0.00004 a 0.00007 cm.

El espectro EMUna longitud de onda de un nanmetro 1 nm es:1 nm = 1 x 10-9 mRojo 700 nm Violeta 400 nm c = fl c = 3 x 108 m/s

Ejemplo 1. La luz de un lser helio-nen tiene una longitud de onda de 632 nm. Cul es la frecuencia de esta onda?f = 4.75 x 1014 Hz

Propiedades de la luzPropagacin rectilnea: La luz viaja en lneas rectas.Reflexin: La luz que golpea una superficie suave regresa al medio original.Refraccin: La luz se desva cuando entra a un medio transparente. Cualquier estudio de la naturaleza de la luz debe explicar las siguientes propiedades observadas:

La naturaleza de la luzLos fsicos han estudiado la luz por siglos, y encontraron que a veces se comporta como partcula y a veces como onda. En realidad, ambos son correctos!

Fotones y rayos de luzLa luz se puede considerar como pequeos haces de ondas emitidos en paquetes discretos llamados fotones.El tratamiento ondulatorio usa rayos para mostrar la direccin de avance de los frentes de onda.Rayo de luzLos rayos de luz son convenientes para describir cmo se comporta la luz.

Rayos de luz y sombrasSe puede hacer un anlisis geomtrico de las sombras al trazar rayos de luz desde una fuente de luz puntual:Las dimensiones de la sombra se pueden encontrar al usar geometra y distancias conocidas.

Ejemplo 2: El dimetro de la bola es 4 cm y se ubica a 20 cm de la fuente de luz puntual. Si la pantalla esta a 80 cm de la fuente, cul es el dimetro de la sombra?La razn de la sombra a la fuente es la misma que la de la bola a la fuente. Por tanto:h = 16 cm

Sombras de objetos extendidosThe umbra is the region where no light reaches the screen. La penumbra es el rea exterior donde slo parte de la luz alcanza la pantalla.La umbra es la regin donde la luz no alcanza la pantalla.

La curva de sensibilidadLos ojos humanos no son igualmente sensibles a todos los colores.Los ojos son ms sensibles en el rango medio cerca de l = 555 nm.555 nmLas luz amarilla parece ms brillante al ojo que la luz roja.

Flujo luminosoEl flujo luminoso es la porcin de la potencia radiante total que es capaz de afectar el sentido de la vista.Por lo general, slo ms o menos 10% de la potencia (flujo) emitida de un foco cae en la regin visible.La unidad para flujo luminoso es el lumen, al que se le dar una definicin cuantitativa ms adelante.

ngulo slido: estereorradinTrabajar con flujo luminoso requiere el uso de una medida de ngulo slido llamada estereorradin (sr). Un ngulo slido de un estereorradin (1 sr) se subtiende en el centro de una esfera por una rea A igual al cuadrado de su radio ( R2 ).

Ejemplo 3. Qu ngulo slido se subtiende en el centro de una esfera por una rea de 1.6 m2? El radio de la esfera es 5 m.W = 0.0640 sr

El lumen como unidad de flujoUn lumen (lm) es el flujo luminoso emitido desde una abertura de 1/60 cm2 en una fuente estndar y que se incluye en un ngulo slido de un estereorradin (1 sr).En la prctica, las fuentes de luz por lo general se clasifican al compararlas con una fuente de luz estndar preparada comercialmente.

El lumen en unidades de potenciaAl recordar que el flujo luminoso en realidad es potencia radiante permite definir el lumen del modo siguiente:Un lumen es igual a 1/680 W de luz amarillo-verde de 555 nm de longitud de onda.Una desventaja de este abordaje es la necesidad de referirse a curvas de sensibilidad para determinar el flujo para diferentes colores de luz.

Intensidad luminosaLa intensidad luminosa I para una fuente de luz es el flujo luminoso por unidad de ngulo slido.Una fuente que tiene una intensidad de una candela emite un flujo de un lumen por estereorradin.

Flujo total para fuente isotrpicaUna fuente isotrpica emite en todas direcciones; es decir, sobre un ngulo slido de 4p estereorradianes.Flujo total: F = 4pIEl flujo confinado al rea A es:F = I A

Ejemplo 4. Un proyector de 30 cd se ubica 3 m arriba de una mesa. El haz se enfoca sobre una rea de 0.4 m2. Encuentre la intensidad del haz.Flujo total: F = 4pIFT =377 lmLa intensidad luminosa del haz depende de W.Intensidad del haz:I = 8490 cd

Iluminacin de una superficieLa iluminacin E de una superficie A se define como el flujo luminoso por unidad de rea (F/A) en lmenes por metro cuadrado que se renombra como lux (lx).Una iluminacin de un lux ocurre cuando un flujo de un lumen cae sobre una rea de un metro cuadrado.

Iluminacin con base en la intensidadEsta ecuacin se aplica a superficies perpendiculares.La iluminacin E de una superficie es directamente proporcional a la intensidad I e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia R.

Ejemplo 5. Una luz de 400 cd se ubica a 2.4 m de una mesa de 1.2 m2 de rea. Cul es la iluminacin y cul el flujo F que cae sobre la mesa?Ahora, al recordar que E = F/A:F = 83.3 lm

La relacin cuadrado inversoSi la intensidad es 36 lx a 1 m, ser 9 lx a 2 m y slo 4 lx a 3 m.

ResumenLa luz se puede definir como la radiacin electromagntica capaz de afectar el sentido de la vista.

Resumen (continuacin)El flujo luminoso es la porcin de potencia radiante total capaz de afectar el sentido de la vista.

Resumen (continuacin)Flujo total: F = 4pI

Resumen (Cont.)

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